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2.3.1 概念
A.中间化合物理论:
催化剂之所以能加速化学反应速度,就是由于他参与了化学反应的中间过程,并最后形成催化循环。
A + B? AB A + K?AK, AK + B?AB + K
中间化合物不能太不稳定,它的生成速度太慢; 不能太稳定,它无法进一步和B反应生产AB,使催化剂形成循环。?
B. 气固相催化反应步骤
对于一个气固体系来讲,其中催化剂是固体,要想使反应进行,那么反应过程要经过以下七步:
I). 反应物气体分子从气相扩散到固体催化剂表面;
II). 气体分子从固体催化剂表面扩散到催化剂孔内内表面; ;III). 反应物在催化剂表面被吸附;
IV). 在催化剂表面进行化学反应;
V). 产物在催化剂表面脱附;
VI). 产物由催化剂内表面向外
表面扩散;
VII). 产物由催化剂外表面向本体扩散.
? I, II, VI, VII是扩散过程, 属物理过程,
III, IV, V均为化学行为,为化学过程,也叫动力学过程。
控制步骤不同,反应速度的表示也不一样。
2.3.2 催化反应动力学方程式
2.3.2.1 动力学过程为控制步骤时的反应速度
2.3.2.1.1 单分子反应;表面反应为控制步骤时的反应速度
a)? 假定产物不吸附,表面反应不可逆
r = k2[AK] = k2 θA r+ = k+1PA(1-θA) r- = k-1θA
θA =КA PA/(1+КA PA) r = k2КAPA/(1+КA PA) (1)
КA= k+1/ k-1,为A吸附的平衡常数。
PA 很低时,r = k2КA PA 一级反应
反应物吸附强或PA 很大,r = -dPA/dt = k2(r-p Fig)
PA = PA0 - k2t,例:HI,NH3分解
; b) 产物也吸附, 且达到平衡状态
k+1PA(1-θA-θB) = k-1θA k+3PB(1-θA-θB) = k-3θB
θA =КA PA/(1+КA PA+КB PB) θB =КB PB/(1+КA PA+КB PB)
r = -dPA/dt = k2θA = k2КA PA/(1+КA PA+КB PB)
КA PA ?1+КB PB r = k2КA PA/(1+КB PB) N2O在Ag上分解
КB PB ?1+КA PA r = k2КA PA/(КB PB) NH3 在Pt上分解
单分子活化能的求法:
B不吸附,PA 很低时,r = k2КA PA =k PA, k = k2КA
;ko = k20kA0 EA = E2 – QA
B吸附,PA 很低时, k= k2PA/КB,EA = E2 - QA +QB
C) A、B均吸附, 且表面反应可逆
r = r+ - r- = k2θA – k-2θB
= (k+2КA PA – k-2КB PB)/(1+КA PA+КB PB) (1)
平衡时,k+2КA PA = k-2КB PB
K = PB /PA = k+2КA/k-2КB = kSКA/КB 代入 (1)
r =k+2КA (PA –PB/K)/(1+КA PA+КB PB)
;
速度常数(动力学)项:速度常数和平衡常数, 反映反应的快慢.
推动力项: 平衡常数, 反应物产物分压,表明离平衡远近
吸附项, 即阻力项, 吸附平衡常数,平衡常数,反应物, 产物分压, 反映各组分吸附情况.
N: 吸附反应物参加的数目.
2)?吸附为控制步骤时的反应速度
(A、B均吸附, 且表面反应可逆)
r = r+ - r- = k+1PAθV - k-1θA ;k2θA = k-2θB , k+3PBθV = k-3θB
θB= k+3PBθV / k-3= kBPBθV
θA = k-2θB/ k2=θB /kS= kBPBθV / kS
θV = kS /(kS + kBPB + kS kBPB) = 1/(1 + kBPB/ kS + kBPB)
r = ( k+1PA- k-1 kBPB/ kS)/ (1 + kBPB/ kS + kBPB)
= [k+1(PA -PB/ K)] / (1 + kAPB/ K + kBPB)
3)?脱附为控制步骤时的反应速度
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